CN109510150A - 除冰机构及选型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种除冰机构及选型方法，涉及电线除冰装置技术领域，以缓解现有技术中存在除冰结构复杂、进线困难的技术问题。该除冰机构包括驱动机构、旋转杆和敲击锤；驱动机构的输出端与旋转杆的中部连接，能够驱动旋转杆转动，且旋转杆的旋转轴线与自身轴线垂直；两个敲击锤分别转动连接于旋转杆的两端，且敲击锤相对于旋转杆的转动轴线与旋转杆的旋转轴线平行。该选型方法包括：确定输电线路上雨凇的最大抗压强度；确定敲击锤的旋转半径；确定敲击锤的形状和质量；计算敲击锤的最小敲击力；计算驱动机构的选型约束。本发明提供的除冰机构工作结构简单、进线容易。

Description

除冰机构及选型方法

技术领域

本发明涉及电线除冰装置技术领域，尤其是涉及一种除冰机构及选型方法。

背景技术

高压架空线路覆冰将可能导致线路闪络甚至是跳闸，当覆冰比较严重时将可能导致线路舞动、杆塔倾斜甚至倒塌、导线带电触地等危害，严重威胁着电网的安全高效运行和人民群众的安全。

现有的输电线除冰，主要以人力除冰为主，同时也在探索性地开展直流融冰技术和超声波除冰等技术的研究。由于高压输电线路长且多架设于山林等地方，人工除冰工作强度大而且危险；现在逐渐采用除冰机器人进行除冰作业。

现有的除冰机器人有采用往复式运动的冰锥破冰，也有使用刮铲法、铣削法等除冰方法，但它们的除冰结构复杂，进线困难，导致除冰机器人重量过大，吊装到架空导线上难度极大。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种除冰机构及选型方法，以缓解现有技术中存在除冰结构复杂、进线困难的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：

一种除冰机构，包括驱动机构、旋转杆和敲击锤；

所述驱动机构的输出端与所述旋转杆的中部连接，能够驱动所述旋转杆转动，且所述旋转杆的旋转轴线与自身轴线垂直；

两个所述敲击锤分别转动连接于所述旋转杆的两端，且所述敲击锤相对于所述旋转杆的转动轴线与所述旋转杆的旋转轴线平行。

更进一步地，

所述驱动机构包括电机和减速器；

所述电机的转轴与所述减速器的输入轴连接；

所述减速器的输出轴垂直连接于所述旋转杆的中部。

更进一步地，

所述除冰机构还包括活动铰链，所述活动铰链的两端分别与所述旋转杆的端部和所述敲击锤连接。

一种上述除冰机构的选型方法，包括：

确定输电线路上雨凇的最大抗压强度；

确定所述敲击锤的旋转半径；

确定所述敲击锤的形状和质量；

计算所述敲击锤的最小敲击力；

计算所述驱动机构的选型约束。

更进一步地，

所述确定输电线路硬的雨凇的最大抗压强度包括：

统计输电线路地区的最低温度；

根据以下公式输电线路雨凇的最大抗压强度：

P_冰＝(－0.0009T²－0.0630T+0.0375)×100，－30≤T≤0，

其中，P_冰为雨凇的最大抗压强度，单位为N/cm²，T为最低温度，单位为℃。

更进一步地，

根据以下公式计算所述敲击锤的最小敲击力：

F＝P_冰S；

其中，S为所述敲击锤与雨凇的接触面积，F为所述敲击锤的最小敲击力。

更进一步地，

所述计算所述驱动机构的选型约束包括：

计算所述驱动机构的最小输出转速；

计算所述驱动机构的最小输出扭矩；

计算所述驱动机构的最小输出功率。

更进一步地，

所述计算所述驱动机构最小输出转速包括：

根据所述最小敲击频率计算所述驱动机构的输出转速：

n₁＝30f；

根据所述敲击锤的旋转半径确定所述驱动机构的输出转速：

n₂＝30g^0.5/πR^0.5；

根据所述最小敲击力确定所述驱动机构的输出转速：

n₃＝30Ft/πRm；

n＝maxx(n₁，n₂，n₃)；

其中，n₁、n₂、n₃为所述驱动机构的输出转速，n为所述驱动机构的最小输出转速，g为重力加速度，f为所述最小敲击频率，R为所述敲击锤的旋转半径，m为所述敲击锤的质量，t为所述敲击锤敲击雨凇接触时间。

更进一步地，

所述确定所述驱动机构最小输出扭矩包括：

M₁＝πn²R²m/1800；

M₂＝R²mπnf/30；

M＝max(M₁，M₂)；

其中，M₁、M₂均为所述驱动机构的输出扭矩，M为所述驱动机构的最小输出扭矩，n为所述驱动机构的最小输出转速。

更进一步地，

所述计算所述驱动机构的最小输出功率，通过以下公式进行计算：

P_驱＝πFRn²t/900；

其中，F为所述敲击锤的最小敲击力，R为所述敲击锤的旋转半径，t为所述敲击锤敲击雨凇接触时间，n为所述驱动机构的最小输出转速。

结合以上技术方案，本发明带来的有益效果分析如下：

本发明提供了一种除冰机构，该除冰机构包括驱动机构、旋转杆和敲击锤；驱动机构的输出端与旋转杆的中部连接，能够驱动旋转杆转动，且旋转杆的旋转轴线与自身轴线垂直；两个敲击锤分别转动连接于旋转杆的两端，且敲击锤相对于旋转杆的转动轴线与旋转杆的旋转轴线平行。

使用该除冰机构时，旋转杆的旋转轴线与电线平行，驱动机构驱动旋转杆转动时，敲击锤连续敲击电线上的雨凇，敲击雨凇后敲击锤相对旋转杆转动，敲击锤能够顺利从导线下方通过，不会被导线缠绕。

该除冰机构通过连续旋转对雨凇进行敲击，工作结构简单。同时，敲击雨凇后敲击锤相对旋转杆转动，不会与导线接触干涉，进线容易。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的除冰机构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的输电线路雨凇最大抗压强度随温度的变化图。

图标：10－驱动机构；11－电机；12－减速器；20－旋转杆；30－敲击锤；40－活动铰链；50－联轴器；60－连接杆。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对实施例进行详细描述：

实施例1

本实施例提供了一种除冰机构，请参照说明书附图中图1和图2。

如图1所示，该除冰机构包括驱动机构10、旋转杆20和敲击锤30。

驱动机构10的输出端与旋转杆20的中部连接，能够驱动旋转杆20转动，且旋转杆20的旋转轴线与自身轴线垂直；两个敲击锤30分别转动连接于旋转杆20的两端，且敲击锤30相对于旋转杆20的转动轴线与旋转杆20的旋转轴线平行。

使用该除冰机构时，旋转杆20的旋转轴线与电线平行，驱动机构10驱动旋转杆20转动时，敲击锤30连续敲击电线上的雨凇，敲击雨凇后敲击锤30相对旋转杆20转动，敲击锤30能够顺利从导线下方通过，不会被导线缠绕。

该除冰机构通过连续旋转对雨凇进行敲击，工作结构简单。同时，敲击雨凇后敲击锤30相对旋转杆20转动，不会与导线接触干涉，进线容易。

进一步地，如图1所示，驱动机构10包括电机11和减速器12；电机11的转轴与减速器12的输入轴连接；减速器12的输出轴垂直连接于旋转杆20的中部。

具体地，减速器12的输出轴通过联轴器50连接于连接杆60的一端。连接杆60的另一端连接于旋转杆20的中部。

该除冰机构使用电机11工作时，振动和噪声较小。由于电机11的转速较高，减速器12能够将转速降低后传递至旋转杆20。

驱动机构10并不以上述结构为限制，驱动机构10还可以是其他结构形式。例如，驱动机构10包括小型汽油机和减速器12，小型汽油机的输出轴与减速器12的输入轴连接，减速器12的输出轴与旋转杆20的中部连接。

进一步地，如图1所示，除冰机构还包括活动铰链40，活动铰链40的两端分别与旋转杆20的端部和敲击锤30连接。

敲击锤30通过铰链与旋转杆20的端部进行连接，使敲击锤30敲击雨凇后，敲击锤30相对旋转杆20转动，敲击锤30能够顺利从导线下方通过，不会被导线缠绕。

实施例2

本实施例提供一种实施例1中除冰机构的选型方法。

该上述除冰机构的选型方法，包括：

确定输电线路上雨凇的最大抗压强度；

确定敲击锤30的旋转半径；

确定敲击锤30的形状和质量；

计算敲击锤30的最小敲击力；

计算驱动机构10的选型约束。

进一步地，确定输电线路硬的雨凇的最大抗压强度包括：

统计输电线路地区的最低温度；

根据以下公式输电线路雨凇的最大抗压强度：

P_冰＝(－0.0009T²－0.0630T+0.0375)×100，－30≤T≤0，

其中，P_冰为雨凇的最大抗压强度，单位为N/cm²，T为最低温度，单位为℃。

具体地，如图2所示，横坐标为温度，单位为℃，纵坐标为输电线路雨凇的最大抗压强度，单位为MPa。上述计算输电线路雨凇的最大抗压强度的计算公式通过拟合图2中曲线得出。

进一步地，根据以下公式计算敲击锤30的最小敲击力：

F＝P_冰S；

其中，S为敲击锤30与雨凇的接触面积，F为敲击锤30的最小敲击力。

进一步地，计算驱动机构10的选型约束包括：

计算驱动机构10的最小输出转速；

计算驱动机构10的最小输出扭矩；

计算驱动机构10的最小输出功率。

进一步地，计算驱动机构10最小输出转速包括：

根据最小敲击频率计算驱动机构10的输出转速：

n₁＝30f；

根据敲击锤30的旋转半径确定驱动机构10的输出转速：

n₂＝30g^0.5/πR^0.5；

根据最小敲击力确定驱动机构10的输出转速：

n₃＝30Ft/πRm；

n＝maxx(n₁，n₂，n₃)；

其中，n₁、n₂、n₃为驱动机构10的输出转速，n为驱动机构10的最小输出转速，g为重力加速度，f为最小敲击频率，R为敲击锤30的旋转半径，m为敲击锤30的质量，t为敲击锤30敲击雨凇接触时间。

进一步地，确定驱动机构10最小输出扭矩包括：

M₁＝πn²R²m/1800；

M₂＝R²mπnf/30；

M＝max(M₁，M₂)；

其中，M₁、M₂均为驱动机构10的输出扭矩，M为驱动机构10的最小输出扭矩，n为驱动机构10的最小输出转速。

进一步地，计算驱动机构10的最小输出功率，通过以下公式进行计算：

P_驱＝πFRn²t/900；

其中，F为敲击锤30的最小敲击力，R为敲击锤30的旋转半径，t为敲击锤30敲击雨凇接触时间，n为驱动机构10的最小输出转速。

实施例3

本实施例在温度T＝－10℃、最小敲击频率f＝6HZ、敲击锤30与雨凇的接触面积为S＝0.2cm²的情况下对除冰机构进行选型。

计算输电线路雨凇的最大抗压强度：

P_冰＝(－0.0009T²－0.0630T+0.0375)×100＝57.8N/cm²。

计算敲击锤30的最小敲击力：

F＝P_冰S＝11.6N/cm²；

根据除冰机器设计尺寸要求，确定确定敲击锤30的旋转半径R＝0.17m、确定敲击锤30的质量m＝0.1kg；

计算驱动机构10的最小输出转速n：

n₁＝30f＝180r/min；

n₂＝30g^0.5/πR^0.5＝73r/min；

n₃＝30Ft/πRm＝65r/min；

n＝maxx(n₁，n₂，n₃)＝180r/min。

计算驱动机构10最小输出扭矩M：

M₁＝πn²R²m/1800＝0.16N·m；

M₂＝R²mπnf/30＝0.33N·m；

M＝max(M₁，M₂)＝0.33N·m；

计算驱动机构10的最小输出功率：

P_驱＝πFRn²t/900＝2.3W。

最后还可以考虑1.5倍的安全系数，即驱动机构10的输出扭矩不小于0.5N·m，驱动机构10的输出功率不小于3.5W，驱动机构10的最小输出转速为180r/min。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种除冰机构，其特征在于，包括驱动机构、旋转杆和敲击锤；

所述驱动机构的输出端与所述旋转杆的中部连接，能够驱动所述旋转杆转动，且所述旋转杆的旋转轴线与自身轴线垂直；

两个所述敲击锤分别转动连接于所述旋转杆的两端，且所述敲击锤相对于所述旋转杆的转动轴线与所述旋转杆的旋转轴线平行。

2.根据权利要求1所述的除冰机构，其特征在于，所述驱动机构包括电机和减速器；

所述电机的转轴与所述减速器的输入轴连接；

所述减速器的输出轴垂直连接于所述旋转杆的中部。

3.根据权利要求1所述的除冰机构，其特征在于，所述除冰机构还包括活动铰链，所述活动铰链的两端分别与所述旋转杆的端部和所述敲击锤连接。

4.一种如权利要求1所述的除冰机构的选型方法，其特征在于，包括：

确定输电线路上雨凇的最大抗压强度；

确定所述敲击锤的旋转半径；

确定所述敲击锤的形状和质量；

计算所述敲击锤的最小敲击力；

计算所述驱动机构的选型约束。

5.根据权利要求4所述的除冰机构的选型方法，其特征在于，所述确定输电线路硬的雨凇的最大抗压强度包括：

统计输电线路地区的最低温度；

根据以下公式输电线路雨凇的最大抗压强度：

P_冰＝(－0.0009T²－0.0630T+0.0375)×100，－30≤T≤0，

其中，P_冰为雨凇的最大抗压强度，单位为N/cm²，T为最低温度，单位为℃。

6.根据权利要求5所述的除冰机构的选型方法，其特征在于，根据以下公式计算所述敲击锤的最小敲击力：

F＝P_冰S；

其中，S为所述敲击锤与雨凇的接触面积，F为所述敲击锤的最小敲击力。

7.根据权利要求4所述的除冰机构的选型方法，其特征在于，所述计算所述驱动机构的选型约束包括：

计算所述驱动机构的最小输出转速；

计算所述驱动机构的最小输出扭矩；

计算所述驱动机构的最小输出功率。

8.根据权利要求7所述的除冰机构的选型方法，其特征在于，所述计算所述驱动机构最小输出转速包括：

根据所述最小敲击频率计算所述驱动机构的输出转速：

n₁＝30f；

根据所述敲击锤的旋转半径确定所述驱动机构的输出转速：

n₂＝30g^0.5/πR^0.5；

根据所述最小敲击力确定所述驱动机构的输出转速：

n₃＝30Ft/πRm；

n＝maxx(n₁，n₂，n₃)；

其中，n₁、n₂、n₃为所述驱动机构的输出转速，n为所述驱动机构的最小输出转速，g为重力加速度，f为所述最小敲击频率，R为所述敲击锤的旋转半径，m为所述敲击锤的质量，t为所述敲击锤敲击雨凇接触时间。

9.根据权利要求8所述的除冰机构的选型方法，其特征在于，所述确定所述驱动机构最小输出扭矩包括：

M₁＝πn²R²m/1800；

M₂＝R²mπnf/30；

M＝max(M₁，M₂)；

其中，M₁、M₂均为所述驱动机构的输出扭矩，M为所述驱动机构的最小输出扭矩，n为所述驱动机构的最小输出转速。

10.根据权利要求8所述的除冰机构的选型方法，其特征在于，所述计算所述驱动机构的最小输出功率，通过以下公式进行计算：

P_驱＝πFRn²t/900；

其中，F为所述敲击锤的最小敲击力，R为所述敲击锤的旋转半径，t为所述敲击锤敲击雨凇接触时间，n为所述驱动机构的最小输出转速。